Prepoznavanje Otiska Prsta

IDENTIFIKACIONI SISTEMI

PREPOZNAVANJE OTISKA PRSTA

Autor: Nedjeljko Lekic

PREPOZNAVANJE OTISKA PRSTA Otisak prsta – SVAKI KONTAKT OSTAVLJA TRAG Jedna od najstarijih i najpoznatijih biometrijskih tehnologija. Prvi identifikacioni sistemi ovog tipa razvijeni su još ranih šesdesetih godina prošlog vijeka. Do nedavno, dominantno korišten u kriminalistici.

Razvoj računarske tehnologije omogućio je proširenje spektra aplikacija. Čitači otiska prsta mogu biti veoma mali i relativno niske cijene. Lako se integrišu u tradicionalne identifikacione sisteme. Dobra alternativa tradicionalnim identifikacionim sistemima.

PREPOZNAVANJE OTISKA PRSTA Prepoznavanje otiska prsta ne vrši prostim poređenjem sa slikom drugih, već poznatih otisaka. Mnogo bolji način je izdvajanje detalja, karakterističnih tačaka, sa slike otiska prsta. Karakteristične tačke su tačke gdje se linije otiska granaju ili završavaju.

PREPOZNAVANJE OTISKA PRSTA Prepoznavanje otiska se vrši upoređivanjem skupa karakterističnih detalja trenutno uzetog otiska sa skupovima karakterističnih detalja već poznatih otisaka. Uopšte uzevši otisak prsta sadrži oko 100 karakterističnih detalja. Dio otiska koji se obuhvata skenerom ima između 30 i 40 karakterističnih detalja. U evropskim sudovima identifikacija se smatra vjerodostojnom ukoliko se najmanje 12 karakterističnih detalja identifikuje u otisku. U uzorku od čak 10 miliona ljudi nije bilo dva čovjeka sa istih 12 karakterističnih detalja. Najveći broj trenutno komercijalno raspoloživih skenera prepoznaje otisak prsta na osnovu 8 karakterističnih detalja.

ISTORIJAT Još od najranijih vremena čovjek je postao svjestan otiska prsta. Neolitsko doba – predmeti sa otiscima prstiju.

Prva primjena u starom Vavilonu. Otisak prsta na glinanim tablicama korišten je prilikom ugovaranja poslova.

ISTORIJAT Krajem XVIII vijeka - značajniji pomak u proučavanju otiska prsta. Njemački ljekar i anatom Mayer detaljno je opisao karakteristike papilarnih linija.

Na slici je prikazan crtež koji je napravio Mayer (vidi se detaljna struktura reljefa prsta)

ISTORIJAT Prvu klasifikaciju otisaka prstiju dao je Češki anatom Jan Purkinje 1823. godine.

Purkinjeova klasifikacija otisaka – 9 klasa, saglasno konfiguraciji.

ISTORIJAT 1880. godine škotski naučnik Henry Faulds prvi je uočio mogućnost primjene otiska prsta pri identifikaciji osoba. 1888. godine, engleski naučnik Sir Francis Galton ustanovio je individualnost i stalnost otiska prsta. Uključio karakteristične tačke (minutiae) prilikom poređenja otisaka. Argentinski antropolog i policijski inspektor Juan Vucetich (rođen na Hvaru) stvorio je prvu kartoteku otisaka prstiju 1891 godine.

ISTORIJAT Početom XX vijeka (1901 godine) u okviru Scotland Yard-a formiran je prvi biro za otiske prstiju. Francuski ljekar i pravnik, Edmond Locard, je 1918. godine utvrdio i predložio 12 identičnih tačaka na otisku prsta, kao dovoljan uslov za uspješnu identifikaciju.

1991. godine počinje praktična primjena računara u oblasti prepoznavanja otisaka prstiju. U SAD-u uveden prvi sistem baziran na računarima – Automatic Fingerprint Recognition System (AFIS).

KARAKTERISTIKE OTISKA PRSTA Sa fiziološkog aspekta otisak prsta predstavlja konfiguraciju ispupčenja i udubljenja. Linije koje formiraju ispupčenja nazivaju se papilarne linije. Nepromjenjivost i individualna varijantnost papilarnih linija. Papilarne linije se čak i kod monozigotnih blizanaca razlikuju.

OBRACI OTISKA PRSTA Obrasci - globalne karakteristike otiska prsta








Loop (petlja) Centa pocket loop (jamičasta centralna petlja) Plain whorl (prosta spirala) Tented arch (jeloviti luk) Plain arch (prosti luk) Double loop (dvostruka petlja) Accidental (mješoviti, slučajan)

Zastupljenost:
60% - petljasti tipovi (petlja, dvostruka petlja i jamičasta petlja )
30% - spiralni tipovi
5% - lučni tipovi (luk i jeloviti luk)
5% - mješoviti

KARAKTERISTIČNI DETALJI Karakteristični detalji – lokalne karakteristike

Postupak identifikacije: svrstavanje u određeni tip otiska na osnovu obrasca, identifikacija na osnovu lokalnih (detaljnih) karakteristika.

KARAKTERISTIKE OTISKA PRSTA Osobine papilarnih linija koje ih čine veoma pogodnim za identifikaciji su:




Nepromenljivost broja i rasporeda minucija - Niko ne može svojevoljno izmijeniti izgled papilarnih linija već ih samo trajno uništiti;




Neponovljivost – Postoji veliki broj detalja (minucija). Ne postoji mogućnost da se dva otiska podudaraju. Francuski matematičar Baltasar je matematičkim putem dokazao da je takva vjerovatnoća praktično jednaka nuli;




Grupisanje – Vrlo važna osobina otisaka prstiju koja omogućava njihovu klasifikaciju na osnovu opštih (globalnih) sličnosti. Ovo dovodi do znatnog smanjenja vremena potrebnog za identifikaciju.

POSTUPAK PREPOZNAVANJA OTISKA PRSTA Faze postupak prepoznavanja otiska prsta:





Skeniranje otiska. Obrada rezultata skeniranje – poboljšanje kvaliteta snimka (redukcija šuma), binarizacija, istanjivanje. Izdvajanje karakteristika (obrazac, karakteristični detalji, uklanjanje lažnih detalja). Upoređivanje.

ZAŠTO OBRADA REZULTATA SKENIRANJA?

OBRADA REZULTATA SKENIRANJA

ISTANJIVANJE

Razlog: pojednostavljenje detekcije karakterističnih tačaka Kada su papilarni linije široke svega 1 pixel operacije detekcije karakterističnih tačaka se vrši na malom broju pixela.

OBRADA ISTANJENIH LINIJA

Detekcija i popunjavanje praznina u istanjenim papilarnim linijama.

IZDVAJANJE KARAKTERISTIČNIH DETALJA cn(p) – presječni broj (crossing number) za pixsel p u binarnoj slici definisan je kao polovina sume razlika izmedju vrijednosti pixela p i 8 njemu susjednih (graničnih) piksela.

IZDVAJANJE KARAKTERISTIČNIH DETALJA

FILTRIRANJE KARAKTERISTIČNIH DETALJA Uklanjanje lažnih karakteristoćnih detalja specijalnih karakteristika

MJERENJE KARAKTERISTIČNIH DETALJA

UPOREĐIVANJE KARAKTERISTIČNIH DETALJA


Svaki otisak prsta se može predstaviti setom karakterističnih detalja.




Svaki karakteristični detalj je definisan tipom, pozicijom i uglom.




Prilikom upoređivanja dva otiska porede se njihovi setovi karakterističnih detalja

UPOREĐIVANJE KARAKTERISTIČNIH DETALJA Problemi:






Različita pozicija prsta na senzorskoj površini. Različito usmjerenje prsta na senzorskoj površini. Nelinearna distorzija kože kao rezultat različitog pritiska na senzorsku površinu. Lažni karakteristični detalji. Odsustvo nekih katrakteristilnih detalja kao rezultat oštećenja, prljavštine znojenja ili lošeg prislanjanja prsta na senzorsku površinu.

UPOREĐIVANJE KARAKTERISTIČNIH DETALJA


Mustra




Podaci za provjeru




Prostorna distanca




Razlika smjera




sd i dd moraju biti manji od praga odlučivanja




Mora se pronaći povezanost između mi u T i m'j u I




Ukoliko veza postoji, transformacijama skaliranja i rotacije mogu se minimizirati rezultati sd i dd.

UPOREĐIVANJE KARAKTERISTIČNIH DETALJA Procjena podudarnosti:




1. pristup: brojanje parova karakterističnih detalja za u I i T sa sd i dd manjim od praga.




2. pristup: suma dobijenih kvadratnih ditanci.

ČITAČI OTISKA PRSTA

Postoje: Optički čitači,
Kapacitivni čitači,
Ultrasonični čitači,
Termički čitači,
Senzori električnog polja
...


OPTIČKI ČITAČI OTISKA PRSTA Kada se koristi optički senzor, prst se pristisne na, za to predviđenu, pločicu. Nakon tog prst se osvijetli sa LED izvorom svjetlosti. Kroz prizmu i sistem sočiva slika se projektuje na kameru. Kamera može biti CCD ili modernija CMOS.

ULTRASONIČNI ČITAČI OTISKA PRSTA Ultrasonična tehnika je zasnovana na postojanju razlike u akustičnoj impedansi na koži prsta. Senzori koji se koriste u ovoj tehnici nijesu novi. Već se dugi niz godina koriste u medicini za pravljenje eho-snimka. Frekventni opseg koji ovi senzori upotrebljavaju je od 20KHz pa do nekolika GHz. Vršne frekvencije moraju biti u mogućnosti da skeniraju kožu prsta sa rezolucijom od oko 500dpi (oko 200 tačaka po cm). Ova rezolucija je neophodna da bi se mogle prepoznavati karakteristične tačke na koži prsta.

KAPACITIVNI ČITAČI OTISKA PRSTA Kapacitivni senzori su, kao i senzori elektičnog polja, veličine pečata. Kada se prst postavi na senzor, niz piksela mjeri varijacije u kapacitivnosti između senzora i prsta. Varijacije su posljedica postojanja brazdi na koži prsta.

TERMIČKI ČITAČI OTISKA PRSTA Senzori koji mjere temperaturu prsta mogu biti manji od samog prsta. Podaci o temperaturi mogu se dobiti prelaskom prsta preko senzora. Senzori sadrže niz tačaka kojima se može detektovati razlika temperature kože (bore na koži prsta) i vazduha (udubljenja na koži prsta).

SENZORI ELEKTRIČNOG POLJA Senzori električnog polja su poluprovodnički senzori veličine pečata. Ovi senzori stvaraju električno polje i pomoću niza piksela mjere varijacije u polju. Varijacije su poljedica naboranosti kože prsta. Zavisno od proizvođača varijacije električnog polja se detektuju u provodnom sloju kože, ispod površine kože ili u epidermu.

PROBLEMI Problemi: • Velike izloženosti prstiju djejstvu spolješnje sredine. Posjekotine ili prljavština često otežavaju proces prepoznavanja. • Mogućnost relativno jednostavnog falsifikovanja otiska. Mogućnost dobijanja kopije otiska bez znanja vlasnika

Tanka silikonska oblanda kao kopija otiska prsta

PREPOZNAVANJE OTISKA PRSTA Rade se mnoga istraživanja sa ciljem da se obezbijedi da samo prst bez ikakvih dodatnih vještačkih dijelova može biti identifikovan. Pažnja se usredsređuje na osobine kao što su: • temperatura, • provodljivost, • puls, • dielektrične konstante, • krvni pritisak, itd..

PREPOZNAVANJE OTISKA PRSTA Primjene • Kriminalistika • Uređaji za kontrolu pristupa na vratima zgrada. • Kontrola pristupa kompjuterskim mrežama. • Banke upotrebljavaju fingerprint čitače za

autorizaciju • Point-Of-Sale (POS) za komercijalne i vladine aplikacije

PREPOZNAVANJE OTISKA PRSTA

Ključevi Fingerprint Door Lock 6600-92 brave. Čitač može sadržati do 78 profila otiska prsta, visokog kvaliteta. FAR čitača je manji od 0.0001% dok je FRR manji od 1%.

PREPOZNAVANJE OTISKA PRSTA

Uređaj za evideciju prisustva i kontrolu pristupa REXECU-5100. Uređaj može sadržati do 6000 profila, veličine 256 okteta. FRR mu je manji od 0.01% a FAR manji od 0.00001%.

PREPOZNAVANJE OTISKA PRSTA

Još neke primjene tehnologije identifikacije otiska prsta.